Problema de Escalabilidade do Bitcoin
Bitcoin só pode processar 7-10 transações por segundo. Para melhorar a escalabilidade, existem forks, Segregated Witness (SegWit) e Lightning Network, etc. Este artigo o guiará pelas vantagens e desvantagens dessas soluções de dimensionamento.
Por causa do “Triângulo Impossível”, descentralização, segurança e escalabilidade só podem ser alcançadas duas das três na indústria de blockchain. Bitcoin, a criptomoeda original, define um padrão extremamente alto para descentralização e segurança, mas fica aquém em termos de escalabilidade. Para a rede Bitcoin:
Transações por segundo (TPS) = Número de transações por bloco/Tempo de bloqueio
Transações por bloco = tamanho do bloco / tamanho médio da transação
Atualmente, a rede Bitcoin tem um tamanho de bloco de 1 Mb e o tempo de bloqueio é de cerca de 10 minutos, e se o tamanho médio da transação for de 0,25 kb, um bloco contém cerca de 4.000 transações. Portanto, o TPS calculado é de cerca de 7, o que significa que apenas 7 transações podem ser processadas por segundo, o que obviamente não atende à demanda de crescimento rápido.
Para resolver o problema de escalabilidade do Bitcoin, várias soluções foram propostas, as básicas podem ser divididas em dois tipos de esquemas de escalonamento de Camada 1 e Camada 2
Solução de dimensionamento da camada 1: Fork e SegWit
A Camada 1 refere-se ao próprio blockchain do Bitcoin, enquanto a solução de dimensionamento da Camada 1 refere-se à modificação da natureza do próprio blockchain para aumentar seu TPS. De acordo com a fórmula, TPS = tamanho do bloco / (tempo do bloco * tamanho médio da transação), aumentar o tamanho do bloco, reduzir o tempo do bloco e compactar o tamanho da transação pode melhorar o TPS do Bitcoin. No entanto, devido às limitações de velocidade de transferência de dados no mundo físico, reduzir o tempo de bloqueio reduzirá a segurança do sistema. É por isso que aumentar o tamanho do bloco e compactar o tamanho da transação são os dois métodos considerados principalmente.
Bifurcação do Bitcoin: aumentando o tamanho do bloco
“Scaling up” é indiscutivelmente a maneira mais óbvia de aumentar o TPS do Bitcoin.
Historicamente, a demanda por bloqueio resultou em duas grandes bifurcações no Bitcoin, resultando em duas novas blockchains e tokens, BCH e BCHSV. Bifurcar é essencialmente duplicar uma cópia do código principal do Bitcoin e alterar partes dele para otimizar o desempenho conforme necessário, mas ainda há prós e contras nessa abordagem que devem ser avaliados.
Bifurcação do Bitcoin devido a desacordo da comunidade sobre direção futura
Como o Bitcoin é um blockchain de código aberto, ele é desenvolvido por uma comunidade de pessoas com ideias semelhantes. Quando os membros da comunidade Bitcoin discordam sobre a direção futura do Bitcoin, pode ocorrer uma bifurcação.
Alguns membros da comunidade, por exemplo, podem desejar aumentar o tamanho do bloco do Bitcoin para melhorar a escalabilidade e reduzir o tempo de espera e os custos das transações. Outros membros podem acreditar que o tamanho original do bloco deve ser mantido para garantir a segurança da rede, ou podem ter opiniões diferentes sobre o acordo de consenso do Bitcoin por razões técnicas… Tais diferenças de opinião podem resultar em uma bifurcação.
O BCH foi bifurcado em 2017 e o BCHSV foi bifurcado em 2018 com base no BCH
Em agosto de 2017, alguns mineradores a favor de um tamanho de bloco maior reuniram seu poder de computação e bifurcaram a blockchain do Bitcoin, criando o BCH (Bitcoin Cash) e aumentando o tamanho do bloco para 8Mb. Em novembro de 2018, sob a influência de membros radicais da comunidade BCH, o BCHSV foi bifurcado para apoiar o chamado “mega-bloco” ou mesmo “bloco ilimitado”.
O tamanho do bloco aumenta o limite do nó, a segurança não pode ser garantida após a bifurcação
No entanto, existem muitos problemas em simplesmente aumentar o tamanho do bloco. À medida que o tamanho de um único bloco aumenta, a carga de hardware em um único nó aumenta significativamente, e os nós que não podem pagar pelo hardware associado gradualmente saem da rede. Além disso, o tamanho do bloco aumenta enquanto a velocidade de transferência de dados entre os nós e a capacidade de processamento de dados dos nós dificilmente melhora, o que ameaçará a segurança e a estabilidade do sistema Bitcoin. Portanto, a solução de expansão de tamanho de bloco realmente vem com o custo de descentralização e segurança.
Testemunha segregada (SegWit): mensagens de transação separadas para compactar o tamanho dos dados
Quando o Bitcoin foi projetado pela primeira vez, Satoshi Nakamoto limitou o tamanho do bloco contendo transações a 1Mb, onde os dados da transação contêm as informações básicas sobre a transação e as informações de assinatura dos comerciantes. A tecnologia SegWit, por outro lado, aumenta o número de transações que podem estar contidas em um bloco em cerca de 40%, separando as assinaturas com script das informações da transação e armazenando-as no cabeçalho do bloco, sem violar as regras de auditoria do bloco.
Refletidos nos endereços Bitcoin, aqueles que começam com caracteres como 3 ou bc são endereços de carteira habilitados para Segwit, enquanto os endereços que começam com o número 1 são endereços mais antigos.
Uma verificação no Blockchain.com para blocos recentes cunhados mostra que a maioria dos novos blocos vem com a tecnologia Segwit. Graças ao Segwit, o tamanho real desses blocos excede 1Mb. Além do mais, em 14 de novembro de 2021, a rede Bitcoin também pressionou por mais atualizações do Taproot além do SegWit, melhorando ainda mais a estabilidade, segurança e privacidade da rede.
Dimensionamento de Camada 2: Rede Lightning
O escalonamento Layer2 também é conhecido como escalonamento off-chain, que é uma solução de desempenho que escala fora da rede principal para melhorar a velocidade de processamento de transações e a eficiência da rede Bitcoin criando outra camada da rede.
Soluções comuns de Layer2 incluem Side Chain, Plasma, State Channels, Rollup, etc. Para o Bitcoin, a solução de Camada 2 mais proeminente é a Lightning Network, criada em 2015.
Rede Lightning
A Bitcoin Lightning Network é um sistema de pagamento descentralizado que visa tornar as transações de bitcoin mais rápidas, seguras e econômicas. As transações na Rede Bitcoin podem ser lentas porque devem ser confirmadas por vários nós antes de serem registradas no blockchain.
A Lightning Network foi criada para resolver esses problemas.
Integração de canais de pagamento entre múltiplos usuários e agregação de mensagens de transações a serem postadas na rede principal
A Lightning Network essencialmente estabelece canais de pagamento entre dois usuários, permitindo transações off-chain (normalmente pequenos pagamentos), o que alivia a rede principal da demanda de transações e permite que as transações sejam processadas mais rapidamente. Os nós da Lightning Network podem conectar canais de pagamento entre vários usuários antes de consolidar todas as informações do canal em uma única transação e enviá-las para a rede principal do Bitcoin para registro permanente.
Como resultado, apenas a primeira e a última transação em um canal de pagamento são válidas na blockchain do Bitcoin; todas as outras transações entre as duas partes são fora da cadeia.
Para construir o canal de pagamento, ambas as partes devem enviar uma certa quantidade de bitcoins, que também serão armazenados na blockchain do bitcoin até que o canal seja desativado ou fechado. A quantidade total de bitcoins que ambas as partes podem negociar neste canal de pagamento não pode exceder o número de bitcoins enviados, mas um número ilimitado de transações pode ser feito sem taxas.
Preocupações com a Lightning Network: velocidade ainda limitada pela rede principal, segurança do nó e um alto limite para uso
À primeira vista, a Lightning Network parece ser uma boa solução para o problema de escalabilidade do Bitcoin. Ainda não foi amplamente adotado e tem as seguintes limitações:
A velocidade ainda é limitada pelo desempenho da rede principal: a velocidade de transação da Lightning Network ainda é limitada pelo desempenho da rede principal, com uma velocidade máxima de transação de apenas algumas dezenas de transações por segundo.
Preocupações com a segurança: Como a Lightning Network é descentralizada, sua segurança depende da segurança de cada nó. Se houver uma falha de segurança em um nó, toda a Lightning Network pode ser afetada.
Dificuldade de uso: A Lightning Network ainda é difícil de usar.
Destaques
- Bitcoin é relativamente descentralizado e seguro devido ao mecanismo de consenso PoW; no entanto, sua principal fraqueza é a falta de escalabilidade, com uma taxa média de transação de 7 transações por segundo. Para resolver esse problema, existem algumas ideias, como alterar diretamente o código principal do Bitcoin e melhorar a rede Lightning contando com a rede principal.
- Os dois forks do Bitcoin, BCH e BCHSV, aumentaram o tamanho do bloco e a velocidade da transação, mas com o aumento do tamanho do bloco, os requisitos de hardware do nó aumentarão, afetando o grau de descentralização, e a complexidade dos dados afetará a segurança. Portanto, o fork ainda está sacrificando a descentralização e a segurança.
- O Segwit reduz o tamanho dos dados ao separar as assinaturas, e a maioria dos nós Bitcoin adotou essa tecnologia.
- Para acelerar as transações, a Lightning Network cria canais de pagamento entre contas que consolidam várias mensagens de transação antes de publicá-las na cadeia principal. Mas o desenvolvimento e a segurança da rede principal, dos nós participantes e o alto limite de uso continuam limitando a velocidade.
Lição 1:Getting Started with Bitcoin
Lição 2:Como Funciona o Bitcoin
Lição 3:O que é Mineração de Bitcoin
Lição 4:Problema de Escalabilidade do Bitcoin
Lição 5:Uma Breve História dos Preços do Bitcoin
Lição 6:Por que o Bitcoin é importante
Problema de Escalabilidade do Bitcoin
Bitcoin só pode processar 7-10 transações por segundo. Para melhorar a escalabilidade, existem forks, Segregated Witness (SegWit) e Lightning Network, etc. Este artigo o guiará pelas vantagens e desvantagens dessas soluções de dimensionamento.
Por causa do “Triângulo Impossível”, descentralização, segurança e escalabilidade só podem ser alcançadas duas das três na indústria de blockchain. Bitcoin, a criptomoeda original, define um padrão extremamente alto para descentralização e segurança, mas fica aquém em termos de escalabilidade. Para a rede Bitcoin:
Transações por segundo (TPS) = Número de transações por bloco/Tempo de bloqueio
Transações por bloco = tamanho do bloco / tamanho médio da transação
Atualmente, a rede Bitcoin tem um tamanho de bloco de 1 Mb e o tempo de bloqueio é de cerca de 10 minutos, e se o tamanho médio da transação for de 0,25 kb, um bloco contém cerca de 4.000 transações. Portanto, o TPS calculado é de cerca de 7, o que significa que apenas 7 transações podem ser processadas por segundo, o que obviamente não atende à demanda de crescimento rápido.
Para resolver o problema de escalabilidade do Bitcoin, várias soluções foram propostas, as básicas podem ser divididas em dois tipos de esquemas de escalonamento de Camada 1 e Camada 2
Solução de dimensionamento da camada 1: Fork e SegWit
A Camada 1 refere-se ao próprio blockchain do Bitcoin, enquanto a solução de dimensionamento da Camada 1 refere-se à modificação da natureza do próprio blockchain para aumentar seu TPS. De acordo com a fórmula, TPS = tamanho do bloco / (tempo do bloco * tamanho médio da transação), aumentar o tamanho do bloco, reduzir o tempo do bloco e compactar o tamanho da transação pode melhorar o TPS do Bitcoin. No entanto, devido às limitações de velocidade de transferência de dados no mundo físico, reduzir o tempo de bloqueio reduzirá a segurança do sistema. É por isso que aumentar o tamanho do bloco e compactar o tamanho da transação são os dois métodos considerados principalmente.
Bifurcação do Bitcoin: aumentando o tamanho do bloco
“Scaling up” é indiscutivelmente a maneira mais óbvia de aumentar o TPS do Bitcoin.
Historicamente, a demanda por bloqueio resultou em duas grandes bifurcações no Bitcoin, resultando em duas novas blockchains e tokens, BCH e BCHSV. Bifurcar é essencialmente duplicar uma cópia do código principal do Bitcoin e alterar partes dele para otimizar o desempenho conforme necessário, mas ainda há prós e contras nessa abordagem que devem ser avaliados.
Bifurcação do Bitcoin devido a desacordo da comunidade sobre direção futura
Como o Bitcoin é um blockchain de código aberto, ele é desenvolvido por uma comunidade de pessoas com ideias semelhantes. Quando os membros da comunidade Bitcoin discordam sobre a direção futura do Bitcoin, pode ocorrer uma bifurcação.
Alguns membros da comunidade, por exemplo, podem desejar aumentar o tamanho do bloco do Bitcoin para melhorar a escalabilidade e reduzir o tempo de espera e os custos das transações. Outros membros podem acreditar que o tamanho original do bloco deve ser mantido para garantir a segurança da rede, ou podem ter opiniões diferentes sobre o acordo de consenso do Bitcoin por razões técnicas… Tais diferenças de opinião podem resultar em uma bifurcação.
O BCH foi bifurcado em 2017 e o BCHSV foi bifurcado em 2018 com base no BCH
Em agosto de 2017, alguns mineradores a favor de um tamanho de bloco maior reuniram seu poder de computação e bifurcaram a blockchain do Bitcoin, criando o BCH (Bitcoin Cash) e aumentando o tamanho do bloco para 8Mb. Em novembro de 2018, sob a influência de membros radicais da comunidade BCH, o BCHSV foi bifurcado para apoiar o chamado “mega-bloco” ou mesmo “bloco ilimitado”.
O tamanho do bloco aumenta o limite do nó, a segurança não pode ser garantida após a bifurcação
No entanto, existem muitos problemas em simplesmente aumentar o tamanho do bloco. À medida que o tamanho de um único bloco aumenta, a carga de hardware em um único nó aumenta significativamente, e os nós que não podem pagar pelo hardware associado gradualmente saem da rede. Além disso, o tamanho do bloco aumenta enquanto a velocidade de transferência de dados entre os nós e a capacidade de processamento de dados dos nós dificilmente melhora, o que ameaçará a segurança e a estabilidade do sistema Bitcoin. Portanto, a solução de expansão de tamanho de bloco realmente vem com o custo de descentralização e segurança.
Testemunha segregada (SegWit): mensagens de transação separadas para compactar o tamanho dos dados
Quando o Bitcoin foi projetado pela primeira vez, Satoshi Nakamoto limitou o tamanho do bloco contendo transações a 1Mb, onde os dados da transação contêm as informações básicas sobre a transação e as informações de assinatura dos comerciantes. A tecnologia SegWit, por outro lado, aumenta o número de transações que podem estar contidas em um bloco em cerca de 40%, separando as assinaturas com script das informações da transação e armazenando-as no cabeçalho do bloco, sem violar as regras de auditoria do bloco.
Refletidos nos endereços Bitcoin, aqueles que começam com caracteres como 3 ou bc são endereços de carteira habilitados para Segwit, enquanto os endereços que começam com o número 1 são endereços mais antigos.
Uma verificação no Blockchain.com para blocos recentes cunhados mostra que a maioria dos novos blocos vem com a tecnologia Segwit. Graças ao Segwit, o tamanho real desses blocos excede 1Mb. Além do mais, em 14 de novembro de 2021, a rede Bitcoin também pressionou por mais atualizações do Taproot além do SegWit, melhorando ainda mais a estabilidade, segurança e privacidade da rede.
Dimensionamento de Camada 2: Rede Lightning
O escalonamento Layer2 também é conhecido como escalonamento off-chain, que é uma solução de desempenho que escala fora da rede principal para melhorar a velocidade de processamento de transações e a eficiência da rede Bitcoin criando outra camada da rede.
Soluções comuns de Layer2 incluem Side Chain, Plasma, State Channels, Rollup, etc. Para o Bitcoin, a solução de Camada 2 mais proeminente é a Lightning Network, criada em 2015.
Rede Lightning
A Bitcoin Lightning Network é um sistema de pagamento descentralizado que visa tornar as transações de bitcoin mais rápidas, seguras e econômicas. As transações na Rede Bitcoin podem ser lentas porque devem ser confirmadas por vários nós antes de serem registradas no blockchain.
A Lightning Network foi criada para resolver esses problemas.
Integração de canais de pagamento entre múltiplos usuários e agregação de mensagens de transações a serem postadas na rede principal
A Lightning Network essencialmente estabelece canais de pagamento entre dois usuários, permitindo transações off-chain (normalmente pequenos pagamentos), o que alivia a rede principal da demanda de transações e permite que as transações sejam processadas mais rapidamente. Os nós da Lightning Network podem conectar canais de pagamento entre vários usuários antes de consolidar todas as informações do canal em uma única transação e enviá-las para a rede principal do Bitcoin para registro permanente.
Como resultado, apenas a primeira e a última transação em um canal de pagamento são válidas na blockchain do Bitcoin; todas as outras transações entre as duas partes são fora da cadeia.
Para construir o canal de pagamento, ambas as partes devem enviar uma certa quantidade de bitcoins, que também serão armazenados na blockchain do bitcoin até que o canal seja desativado ou fechado. A quantidade total de bitcoins que ambas as partes podem negociar neste canal de pagamento não pode exceder o número de bitcoins enviados, mas um número ilimitado de transações pode ser feito sem taxas.
Preocupações com a Lightning Network: velocidade ainda limitada pela rede principal, segurança do nó e um alto limite para uso
À primeira vista, a Lightning Network parece ser uma boa solução para o problema de escalabilidade do Bitcoin. Ainda não foi amplamente adotado e tem as seguintes limitações:
A velocidade ainda é limitada pelo desempenho da rede principal: a velocidade de transação da Lightning Network ainda é limitada pelo desempenho da rede principal, com uma velocidade máxima de transação de apenas algumas dezenas de transações por segundo.
Preocupações com a segurança: Como a Lightning Network é descentralizada, sua segurança depende da segurança de cada nó. Se houver uma falha de segurança em um nó, toda a Lightning Network pode ser afetada.
Dificuldade de uso: A Lightning Network ainda é difícil de usar.
Destaques
- Bitcoin é relativamente descentralizado e seguro devido ao mecanismo de consenso PoW; no entanto, sua principal fraqueza é a falta de escalabilidade, com uma taxa média de transação de 7 transações por segundo. Para resolver esse problema, existem algumas ideias, como alterar diretamente o código principal do Bitcoin e melhorar a rede Lightning contando com a rede principal.
- Os dois forks do Bitcoin, BCH e BCHSV, aumentaram o tamanho do bloco e a velocidade da transação, mas com o aumento do tamanho do bloco, os requisitos de hardware do nó aumentarão, afetando o grau de descentralização, e a complexidade dos dados afetará a segurança. Portanto, o fork ainda está sacrificando a descentralização e a segurança.
- O Segwit reduz o tamanho dos dados ao separar as assinaturas, e a maioria dos nós Bitcoin adotou essa tecnologia.
- Para acelerar as transações, a Lightning Network cria canais de pagamento entre contas que consolidam várias mensagens de transação antes de publicá-las na cadeia principal. Mas o desenvolvimento e a segurança da rede principal, dos nós participantes e o alto limite de uso continuam limitando a velocidade.